專利名稱：復(fù)合式襯砌隧道壁后注漿粘土漿液及其注漿方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種建筑注漿液，特別是一種隧道施工中壁后注漿用的注漿液及其注 漿方法。
背景技術(shù)：
在隧道施工中，壁后注漿是施工中一項(xiàng)必不可少的工作內(nèi)容。壁后注漿就是在隧 道內(nèi)將具有適當(dāng)?shù)脑缙诩白罱K強(qiáng)度的材料，按規(guī)定的注漿壓力和注漿量在隧道初支完成 后注入襯砌與圍巖間的空隙內(nèi)。其目的在于
(1)盡早填充襯砌與圍巖間的空隙，防止圍巖與襯砌硬接觸，保證安全；
(2)確保襯砌的早期穩(wěn)定性和間隙的密封性；
(3)作為襯砌防水的第一道防線，提供長期、均質(zhì)、穩(wěn)定的防水功能；
(4)作為隧道襯砌結(jié)構(gòu)加強(qiáng)層，具有耐久性和一定強(qiáng)度。對地層穩(wěn)定性差的隧道而言，圍巖變形的主要原因在于襯砌壁后注漿的好壞。因 為由于初支以后，在不注漿的情況下圍巖接近無支撐狀態(tài)，其變形或局部坍塌隨著圍巖擾 動范圍的增大而直接影響地表沉降程度。因此，壁后注漿技術(shù)是決定隧道能否穩(wěn)定的關(guān)鍵 性工序之一。壁后注漿屬于充填類注漿，其對注漿材料的要求是價格低廉、低收縮率、足夠的 強(qiáng)度、防水性好。目前國內(nèi)普遍采用的充填型注漿材料主要有單液水泥漿、粉煤灰-水泥漿 以及粘土固化注漿材料。普通單液水泥漿注漿，水灰比一般為1 :1。純水泥漿強(qiáng)度較高，但 是收縮率也較高，成本高昂。粉煤灰_水泥漿具有收縮率低、價格低、強(qiáng)度合適等優(yōu)點(diǎn)。但 是粉煤灰顆粒粗大，抗?jié)B性能及流動性較差。粘土固化注漿材料已經(jīng)在帷幕灌漿和堵水注 漿中獲得廣泛應(yīng)用，但是由于其強(qiáng)度不足使其在充填型注漿中應(yīng)用較少?，F(xiàn)有的注漿液用在復(fù)合式襯砌壁后注漿方面存在以下問題 (1)漿液用量大，導(dǎo)致材料成本較高。( 2 )漿材收縮率較大，需要二次補(bǔ)漿。(3)充填材料剛度較高，不利于緩沖圍巖與襯砌間的壓力。(4)漿液粘度較低，容易跑漿。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種復(fù)合式襯砌隧道壁后注漿粘土漿液及其注漿方法，要解 決現(xiàn)有的普通注漿液注漿效果不好、成本高的技術(shù)問題，并解決現(xiàn)有注漿施工效率低、需要 二次補(bǔ)漿的技術(shù)問題。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案
這種復(fù)合式襯砌隧道壁后注漿粘土漿液，由A組分和B組分混合而成， 所述A組分按質(zhì)量份配比如下 水80 130份；粘土50 80份；
水泥30 50份；
粘土促進(jìn)劑0.5 10份；
塑化劑0. 05 3份；
所述B組分按質(zhì)量份配比如下
水80 120份；
水玻璃80 120份；
緩凝劑0. 5 10份；
所述A組分和B組分混合的質(zhì)量比為100:30 60。所述A組分按質(zhì)量份最佳配比如下 水 100份；
粘土60份；
水泥40份；
粘土促進(jìn)劑 5份；
塑化劑1份；
所述B組分按質(zhì)量份最佳配比如下
水100份；
水玻璃100份；
緩凝劑5份；
所述A組分和B組分混合的質(zhì)量比為100:50。所述水泥為32. 5號以上的普通硅酸鹽水泥。所述粘土促進(jìn)劑為氯化鈣和二氧化鋁的混合物，二者的質(zhì)量比為6:4 9:1。所述塑化劑為聚羧酸類塑化劑、萘系塑化劑或木質(zhì)素磺酸鹽塑化劑。所述水玻璃為鈉水玻璃或鉀水玻璃。所述水玻璃的波美度40 45° B6，模數(shù)2. 4 2.8。所述緩凝劑為磷酸氫二鈉。這種復(fù)合式襯砌隧道壁后注漿粘土漿液的注漿方法， 步驟一，施工準(zhǔn)備，架設(shè)注漿作業(yè)平臺；
步驟二，沿初支面鉆注漿孔； 步驟三，在注漿孔內(nèi)安裝注漿管； 步驟四，將注漿管周圍封填嚴(yán)密； 步驟五，配制復(fù)合式襯砌隧道壁后注漿粘土漿液，
a、先將粘土加入50% 70%的水，預(yù)浸泡10 30個小時；
b、配制A組分，按照配比將余量的水、粘土浸泡液、粘土促進(jìn)劑、塑化劑、水泥依次加入 高速攪拌機(jī)；
c、攪拌A組分，在高速水泥攪拌機(jī)中進(jìn)行高速攪拌，攪拌速率為300 1500轉(zhuǎn)/分；再 將攪拌均勻的漿液轉(zhuǎn)入低速水泥攪拌機(jī)中進(jìn)行低速攪拌，攪拌速率為30 80轉(zhuǎn)/分，保持 漿液穩(wěn)定性；
d、配制B組分，將水、水玻璃、緩凝劑按質(zhì)量份配比，在攪拌桶中攪拌均勻；步驟六，用雙液注漿設(shè)備對復(fù)合式襯砌隧道進(jìn)行壁后注漿，注漿壓力為0. 6 IMpa ； 步驟七，割去外露注漿管，用水泥漿抹平； 步驟八，關(guān)閉注漿孔； 步驟九，注漿效果檢測。所述步驟六，采用低壓注漿，壓力為0. 6 IMpa。 與現(xiàn)有技術(shù)相比本發(fā)明具有以下特點(diǎn)和有益效果
本發(fā)明的漿液主材為粘土，輔材為水泥、水玻璃、粘土固化劑、塑化劑。由于粘土顆粒表 面具有一定的活性，可水化后與水泥發(fā)生反應(yīng)的原理，見式1。
本發(fā)明充分利用土顆粒與水泥之間的反應(yīng)，并利用粘土促進(jìn)劑和塑化劑來改善水泥與 粘土間的結(jié)合，使粘土固化注漿材料的強(qiáng)度和其他性能得到大大提高。塑化劑是一種親水性表面活性物質(zhì)，與水泥相溶，可以楔入水泥和粘土團(tuán)粒裂 縫，使水泥和粘土顆粒分散更為均勻，顆粒更小，比表面積增加從而提高水泥的水化程度。粘土促進(jìn)劑采用氯化鈣和二氧化鋁，二者屬于無機(jī)電解質(zhì)，能溶于水，在水中離解 出帶正電荷的陽離子[X]n+和帶負(fù)電荷的陰離子[Y]n_，陽離子與土壤膠體表面的陽離子[M] n+產(chǎn)生交換作用，將這些原本吸附在土壤顆粒表面、親水性極高的陽離子趕走，代之以親水 性較低、粘結(jié)力較強(qiáng)的鋁離子及其水合物。固化機(jī)理是通過中和粘土顆粒、表面的離子，將 土粒表面吸附的部分水分子置換為自由水，使土粒表面失去對水的靜電吸附力，永久地將 土的親水性變?yōu)槭杷裕瑫r促進(jìn)石灰或水泥與土發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，從而改善土的工程性質(zhì)。本發(fā)明采用充填型粘土漿液對復(fù)合式襯砌隧道壁后注漿，可降低大量的注漿材料 成本，并提高注漿效果。(1)充填型粘土漿液成本為普通水泥漿液的1/2，強(qiáng)度可達(dá)4Mpa以上，完全滿足襯 砌與圍巖間充填注漿的需要。(2)采用高低速二元攪拌工藝，先高速攪拌再低速攪拌。(3)注漿結(jié)石體收縮率低，僅為5%，不用二次注漿，減少注漿工作量。(4)注漿結(jié)石體柔性較好，利于緩沖圍巖與襯砌間的壓力。(5)漿液粘度適當(dāng)，可避免漿液大量流失的同時保障漿液可達(dá)到預(yù)定的注漿位置。
本發(fā)明粘土壁后注漿與普通水泥壁后注漿的對比分析如下表:
注漿工藝為高低速二元攪拌工藝與雙液注漿工藝結(jié)合。即先高速攪拌再低速攪拌，然 后進(jìn)行雙液注漿。此方法能夠使粘土分散的更加均勻，并保持漿液穩(wěn)定性，防止原料沉淀。
本發(fā)明通過粘土漿液注漿，可充填襯砌與圍巖之間的空洞，提高圍巖的穩(wěn)定性，并 對襯砌起到了保護(hù)作用。在經(jīng)濟(jì)效益上，該種漿液價格較低，噸漿價格只是目前普通水泥漿 液的的50%左右，每注漿1000噸，節(jié)余直接注漿資金約12萬元，提高了經(jīng)濟(jì)效益。經(jīng)注漿 效果檢測表明，一次注漿基本可以消除空洞，幾乎不需要二次注漿，注完漿后有效地控制了 襯砌變形。本發(fā)明適用于復(fù)合式襯砌隧道的壁后注漿。


下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)的說明。圖1是本發(fā)明注漿的施工步驟圖。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例一，這種復(fù)合式襯砌隧道壁后注漿粘土漿液，由A組分和B組分混合而成，
所述A組分按質(zhì)量份配比如下
水100份；
粘土60份；
水泥40份；
粘土促進(jìn)劑 5份；
塑化劑1份；
所述B組分按質(zhì)量份配比如下
水100份；
水玻璃100份；
緩凝劑5份；
所述A組分和B組分混合的質(zhì)量比為100:50。所述水泥可采用32. 5號的普通硅酸鹽水泥。粘土促進(jìn)劑為氯化鈣和二氧化鋁的 混合物，二者的質(zhì)量比為4:1。塑化劑采用聚羧酸類塑化劑，緩凝劑采用磷酸氫二鈉。水玻 璃采用鈉水玻璃，水玻璃的波美度40 45° B6，模數(shù)2. 4 2. 8。
實(shí)施例二，這種復(fù)合式襯砌隧道壁后注漿粘土漿液，由A組分和B組分混合而成，
所述A組分按質(zhì)量份配比如下
水80份；
粘土50份；
水泥50份；
粘土促進(jìn)劑 3份；
塑化劑0. 5份；
所述B組分按質(zhì)量份配比如下
水90份；
水玻璃80份；
緩凝劑3份；
所述A組分和B組分混合的質(zhì)量比為100:60。所述水泥可采用32. 5號的普通硅酸鹽水泥。粘土促進(jìn)劑為氯化鈣和二氧化鋁的
7混合物，二者的質(zhì)量比為3:1，塑化劑采用聚羧酸類塑化劑，緩凝劑采用磷酸氫二鈉。水玻璃 采用鈉水玻璃，水玻璃的波美度40 45° B6，模數(shù)2. 4 2. 8。
實(shí)施例三，這種復(fù)合式襯砌隧道壁后注漿粘土漿液，由A組分和B組分混合而成，
所述A組分按質(zhì)量份配比如下
水130份；
粘土80份；
水泥30份；
粘土促進(jìn)劑 8份；
塑化劑2份；
所述B組分按質(zhì)量份配比如下
水110份；
水玻璃120份；
緩凝劑8份；
所述A組分和B組分混合的質(zhì)量比為100:40。所述水泥可采用32. 5號的普通硅酸鹽水泥。粘土促進(jìn)劑為氯化鈣和二氧化鋁的 混合物，二者的質(zhì)量比為6:4。塑化劑采用萘系塑化劑，緩凝劑采用磷酸氫二鈉。水玻璃采 用鈉水玻璃，水玻璃的波美度40 45° B6，模數(shù)2. 4 2. 8。
上述實(shí)施例中的復(fù)合式襯砌隧道壁后注漿粘土漿液的注漿方法如下 步驟一，施工準(zhǔn)備，架設(shè)注漿作業(yè)平臺；
步驟二，沿襯墻拱面鉆注漿孔；注漿孔的間距為2. 0m，沿一襯墻拱面梅花形布置； 每鉆完一孔，立即采用人工打入注漿鋼管，管外壁與襯砌接觸面和注漿管尾部用棉紗 堵嚴(yán)，鉆孔的方向垂直于一襯面。隧道內(nèi)每批安裝的注漿管不宜過多，每注漿循環(huán)段長度為 10m ；
步驟三，在注漿孔內(nèi)安裝注漿管；每鉆完一孔，立即采用人工打入注漿鋼管； 步驟四，將注漿管周圍封填嚴(yán)密；管外壁與襯砌接觸面和注漿管尾部用棉紗堵嚴(yán)，鉆孔 的方向垂直于一襯面，隧道內(nèi)每批安裝的注漿管不宜過多，每注漿循環(huán)段長度為10m ； 步驟五，配制復(fù)合式襯砌隧道壁后注漿粘土漿液，
a、先將粘土加入60%的水，預(yù)浸泡24個小時；
b、配制A組分，按照配比將余量的水、粘土浸泡液、粘土促進(jìn)劑、塑化劑、水泥依次加入 高速攪拌機(jī)；
c、攪拌A組分，在高速水泥攪拌機(jī)中進(jìn)行高速攪拌，攪拌速率為300 1500轉(zhuǎn)/分；再 將攪拌均勻的漿液轉(zhuǎn)入低速水泥攪拌機(jī)中進(jìn)行低速攪拌，攪拌速率為30 80轉(zhuǎn)/分，保持 漿液穩(wěn)定性；
d、配制B組分，將水、水玻璃、緩凝劑按質(zhì)量份配比，在攪拌桶中攪拌均勻；
步驟六，用雙液注漿設(shè)備對復(fù)合式襯砌隧道進(jìn)行壁后注漿，注漿順序從外開始，逐漸向 中間依次注漿； 注漿參數(shù)如下a、注漿的初始壓力為0.6Mpa，注漿終壓選用IMPa，單孔漿液擴(kuò)散半徑僅讓其擴(kuò)散到半 徑0. 8m范圍之內(nèi)，以節(jié)約水泥用量；
b、注漿速度選用50L/min；
c、注漿擴(kuò)散范圍注漿的有效范圍為一襯壁后0.8m范圍內(nèi)；
d、注漿量單孔的注漿量均達(dá)到0.5m3左右，便能達(dá)到注漿效果； 步驟七，割去外露注漿管，用水泥漿抹平；
步驟八，關(guān)閉注漿孔；
步驟九，注漿效果檢測，如襯墻拱面有滲漏現(xiàn)象，對該部位進(jìn)行二次鉆孔并補(bǔ)注液漿， 注漿壓力應(yīng)達(dá)到0. 6 IMpa。
權(quán)利要求
一種復(fù)合式襯砌隧道壁后注漿粘土漿液，由A組分和B組分混合而成，其特征在于 所述A組分按質(zhì)量份配比如下水 80～130份；粘土 50～80份；水泥 30～50份；粘土促進(jìn)劑 0.5～10份；塑化劑0.05～3份；所述B組分按質(zhì)量份配比如下水 80～120份；水玻璃 80～120份；緩凝劑 0.5～10份；所述A組分和B組分混合的質(zhì)量比為100:30～60。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合式襯砌隧道壁后注漿粘土漿液，其特征在于 所述A組分按質(zhì)量份最佳配比如下水100份；粘土60份；水泥40份；粘土促進(jìn)劑 5份；塑化劑1份；所述B組分按質(zhì)量份最佳配比如下水100份；水玻璃100份；緩凝劑5份；所述A組分和B組分混合的質(zhì)量比為100:50。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合式襯砌隧道壁后注漿粘土漿液，其特征在于所述水泥 為32. 5號以上的普通硅酸鹽水泥。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合式襯砌隧道壁后注漿粘土漿液，其特征在于所述粘土 促進(jìn)劑為氯化鈣和二氧化鋁的混合物，二者的質(zhì)量比為6:4 9:1。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合式襯砌隧道壁后注漿粘土漿液，其特征在于所述塑化 劑為聚羧酸類塑化劑、萘系塑化劑或木質(zhì)素磺酸鹽塑化劑。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合式襯砌隧道壁后注漿粘土漿液，其特征在于所述水玻 璃為鈉水玻璃或鉀水玻璃。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合式襯砌隧道壁后注漿粘土漿液，其特征在于所述水玻 璃的波美度40 45° Β ，模數(shù)2. 4 2. 8。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合式襯砌隧道壁后注漿粘土漿液，其特征在于所述緩凝 劑為磷酸氫二鈉。
9.一種權(quán)利要求1 8任意一項(xiàng)所述的復(fù)合式襯砌隧道壁后注漿粘土漿液的注漿方 法，其特征在于步驟一，施工準(zhǔn)備，架設(shè)注漿作業(yè)平臺；步驟二，沿初支面鉆注漿孔； 步驟三，在注漿孔內(nèi)安裝注漿管； 步驟四，將注漿管周圍封填嚴(yán)密； 步驟五，配制復(fù)合式襯砌隧道壁后注漿粘土漿液，a、先將粘土加入50% 70%的水，預(yù)浸泡10 30個小時；b、配制A組分，按照配比將余量的水、粘土浸泡液、粘土促進(jìn)劑、塑化劑、水泥依次加入 高速攪拌機(jī)；c、攪拌A組分，在高速水泥攪拌機(jī)中進(jìn)行高速攪拌，攪拌速率為300 1500轉(zhuǎn)/分；再 將攪拌均勻的漿液轉(zhuǎn)入低速水泥攪拌機(jī)中進(jìn)行低速攪拌，攪拌速率為30 80轉(zhuǎn)/分，保持 漿液穩(wěn)定性；d、配制B組分，將水、水玻璃、緩凝劑按質(zhì)量份配比，在攪拌桶中攪拌均勻；步驟六，用雙液注漿設(shè)備對復(fù)合式襯砌隧道進(jìn)行壁后注漿，注漿壓力為0. 6 IMpa ； 步驟七，割去外露注漿管，用水泥漿抹平； 步驟八，關(guān)閉注漿孔； 步驟九，注漿效果檢測。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的復(fù)合式襯砌隧道壁后注漿粘土漿液的注漿方法，其特征在 于所述步驟六，采用低壓注漿，壓力為0. 6 IMpa。
全文摘要
一種復(fù)合式襯砌隧道壁后注漿粘土漿液及其注漿方法，漿液由A組分和B組分混合而成，A組分按質(zhì)量份配比如下水80～130份；粘土50～80份；水泥30～50份；粘土促進(jìn)劑0.5～10份；塑化劑0.05～3份；所述B組分按質(zhì)量份配比如下水80～120份；水玻璃80～120份；緩凝劑0.5～10份；所述A組分和B組分混合的質(zhì)量比為100∶30～60。注漿前對粘土進(jìn)行預(yù)浸泡以提高粘土水化作用，并對A組分采用高速、低速結(jié)合二元攪拌法，提高粘土漿液的分散性及制漿速度。本注漿方法可以較低的成本充填襯砌與圍巖之間的空洞，提高圍巖穩(wěn)定性，并對襯砌起到保護(hù)作用，幾乎不需要二次注漿，適用于復(fù)合式襯砌隧道的壁后注漿。
文檔編號E21D11/10GK101891445SQ20101023003
公開日2010年11月24日 申請日期2010年7月19日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月19日
發(fā)明者葉英, 夏春蕾 申請人:北京市市政工程研究院